0.1A 至 10kA 磁性元件的脉冲电感测量

时间:2023-12-26

  因此,在功率电感器的开发、制造和质量检验过程中必须测量饱和行为L(i)。

  图1: 本系列文章的部分详细介绍了功率扼流圈测试仪DPG10/20系列的脉冲测量方法。图片由Bodo's Power Systems提供。

  通过这种测量原理,方波电压脉冲被施加到测试样本上,就像在大多数实际电力电子应用中一样。然后在测试样本中建立电流曲线,其转换速率 di/dt 取决于电流相关电感 L(i)。当达到预设电流或预设脉冲持续时间时,测量脉冲再次关闭。快速 IGBT 开关用于此目的。

  图 2:测量脉冲的电流和电压曲线CH1:电流 2A/p CH2:电压 50V/p。图片由Bodo's Power Systems提供。

  图 3:76匝 Magnetics 高通量磁芯 58894A2 的增量电感 L inc (i) 图表。图片由Bodo's Power Systems提供。
  根据测试样品上的电流 i(t) 和电压 v(t) 的曲线,可以使用单个测量脉冲计算出以下变量:
  增量电感 L inc (i) 和 L inc (∫Udt)
  正割(振幅)电感 L sec (i) 和 L sec (∫Udt)
  磁链 ψ(i)
  磁共能 W co (i)
  磁通密度 B(i),如果指定了磁芯横截面和匝数
  还适用于带有可选三相扩展单元的三相电抗器
  直流电阻单独测量。使用功率扼流圈测试仪 DPG10/20 系列对可开关 IGBT 功率晶体管进行脉冲测量,可实现极其广泛的应用,这是任何其他测量方法和任何其他商用电感计无法实现的。目前可用型号的电流范围从 < 0.1 A 扩展到 10 kA。扼流圈中存储的脉冲能量可以在几 ?J 到 15kJ 之间。因此,功率扼流圈测试仪 DPG10/20 系列几乎适用于所有电感功率元件,从小型 SMD 扼流圈到 MVA 范围内重达数吨的功率扼流圈,例如
  用于开关模式电源、DC/DC 转换器等的平滑扼流圈
  UPS、逆变器等的滤波扼流圈
  PFC等电源扼流圈和换流电感器
  抑制扼流圈和电流补偿扼流圈
  电磁铁线圈、阀门执行器等
  用于反激式转换器的变压器
  电机和电源变压器
  和许多其他电感元件
  该设备使用适用于 Windows 的高性能软件进行操作,并且由于图形用户界面,使用起来非常简单直观。测量结果以图形和表格形式呈现。测量记录以 pdf 格式生成。数据可以导出并保存为各种数据格式(XML、CSV)。

  表1: DPG10/20系列各型号性能数据

  图 4:采用非晶带绕磁芯的 PFC 扼流圈的增量电感和割线电感。图片由Bodo's Power Systems提供。

  图 5:铁路应用的大型反应堆。图片由Bodo's Power Systems提供。

  对于批量生产中的例行测试,功率扼流圈测试仪 DPG10/20 系列可通过 DLL 或 LabVIEW 轻松集成到自动化测试环境中。
  应用实例
  这是一款单相 PFC 扼流圈,采用非晶带绕磁芯 AMCC63,用于有源三相功率因数校正。额定电感为 500 ?H,额定电流为 40 ARMS。在额定 RMS 电流下,应用中的峰值约为 70 Apk。该扼流圈的电感适度降低至约 60 A(约 20%),这对于扼流圈的经济设计来说是合理的,并且不会给应用带来任何困难。
  然而,此后电感下降得非常快。在 90 A 电流下,扼流圈仅具有 110 ?H 的增量电感!因此,该扼流圈不适合过载操作,即使短期过载操作不会对扼流圈造成任何热问题。
  另一方面,在正割电感图中,在电流超过 60 A 时,磁芯材料的强饱和就不太明显了。因此,对于电力电子应用来说,增量电感通常比正割电感更有意义。
  此示例展示了用于铁路应用的大型电源扼流圈。额定电流为2100A,额定电感为770μH。增量电感在 4000 A 的过载范围内减少约 4%。
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